3D打印火箭:2020年的最新進展

時間:2020-02-13 作者:admin 分享到:

在航天領域,應用3D打印技術來製造火箭正在變得流行起來,因為3D打印火箭具有不錯的效率和承載能力,2020年2月13日,注意到外媒總結了2020年3D打印火箭的最新進展!本文我們將一起來看看。

3D打印先進的火箭——改變航空航天業
 


這台3D打印機由多個機械臂提供動力,這些機械臂能夠打印最終用途的金屬零件。
近年來太空產業似乎並沒有真正邁出任何大步伐。 然而,許多公司都在研發方麵投入了天文數字的資金,希望在航天領域創造出下一個重大成就。 為此,3D打印(也稱為增材製造)的最新發展使其成為影響航空航天工業的最重要技術之一。
衛星已經成為科學家和工程師的主要關注點,它可以用於高級研究以及更多的商業用途,例如全球互聯網係統。 但是,這些衛星需要一種進入軌道的方法,而最好的方法仍然是使用火箭。 碰巧,製造火箭並將有效載荷發送到太空是一件非常昂貴的事情。
目前,將製造火箭的成本降至最低一直是業界的目標。 實現該目標的關鍵是使火箭更輕便,更省油,更便宜。 這就是3D打印的用武之地。

3D打印的優勢
3D打印在火箭製造業務中的主要優勢在於能夠減少零件數量並使生產線具有靈活性,而無需在製造每種設計之前就對專用工具進行數千萬甚至數億美元的投資。
火箭由成千上萬的零件組成,使其成為非常複雜的產品。 借助3D打印,可以大大減少火箭的零件數量,從而降低成本。 通過這種方式,我們正在進入具有成本效益的火箭製造和太空業務的新時代。
和我們在一起,探索3D打印火箭的最新,最激動人心的進步!

3D打印先進火箭——Relativity Space:3D打印整個火箭
 


3D打印火箭發動機Aeon 1(來源:Relativity Space)


Relativity Space是一家成立於2015年的公司,其目標是製造世界上第一枚完全3D打印火箭,稱為Terran 1。
該公司的主要目標是使用3D打印機,以盡可能減少火箭的零件數量,並使火箭的生產成為靈活的過程。
平均而言,火箭大約有50,000至100,000個零件,這使其與汽車一樣複雜。 Relativity Space已成功地將火箭上的零件數量減少到約1000個,從而大大降低了成本。

Stargate 3D打印機
由於3D打印似乎是其項目的理想製造方法,因此Relativity不斷開發自己的3D打印機Stargate。 它是世界上最大的金屬3D打印機之一,並且負責Terran 1的大部分生產。
整個係統由三個機械臂組成,一個機械臂用於打印,另外兩個機械臂用於後處理。 所使用的技術是直接能量沉積,該方法是將金屬絲送入熔化區,然後擠壓成所需的形狀。 用外行的話來說,基本上是3D焊接。
 


螺母和螺栓


Relativity Space的創新不止於此,因為他們還投資了AI來監控生產過程,從而以各種可能的方式使其變得更好,更高效。
Terran 1火箭的最大有效載荷為1,250公斤,由9台Aeon 1發動機提供動力,這些發動機經過3D打印,並使用液態甲烷和液態氧作為推進劑。
油箱也通過Stargate打印機3D打印。從外部看,該油箱看起來像一個簡單的結構,但實際上它由兩個內部油箱組成,因為每種推進劑都需要分開存放。由於Stargate打印機的大容積,該罐可以單件打印而沒有接縫,因此非常安全,避免了潛在的泄漏。
正如該司網站所聲稱的那樣,他們的Stargate工廠能夠在60天內打印出Terran 1,將其從原材料一直帶到可飛行的車輛中。相比之下,常規火箭製造的交付周期通常超過一年!
Stargate 負責製造火箭結構和推進劑油箱,而較小的部件和發動機則在直接金屬激光燒結(DMLS)3D打印機上打印。
軌道測試定於2021年進行,而商用火箭的正式發射應在此後不久進行。

3D打印先進火箭——Orbex:世界上最大的3D打印火箭引擎
 


Orbex的3D打印引擎也是一件很棒的事情(來源:Orbex)


Orbex是一家總部位於英國的初創公司,專門開發衛星運載火箭。 Orbex推出了該公司的環保火箭Prime,用於提供低成本的軌道發射服務,獲得了廣泛的媒體報道。 考慮到Orbex成立僅5年,這是一個了不起的成就。
為了使Orbex達到低成本軌道發射的目標,用可用的最佳材料製造輕型火箭非常重要。 盡管大多數火箭是由碳纖維,鋁和石墨烯複合材料製成的,但3D打印仍在Orbex中發揮著作用,它的作用是什麽。

一場大的交易
Orbex的運載火箭由世界上最大的3D打印火箭發動機提供動力。 它在SLM Solutions 800機器上一次打印,無需多餘的接頭。 它燃燒生物丙烷燃料,以確保盡可能降低碳排放量。
在撰寫本文時,Orbex的運載火箭即將於2021年首次發射。

3D打印先進火箭——Rocket Lab:低地球軌道的小型衛星
 


這就是神奇的地方(資料來源:YouTube的Rocket Lab)


Rocket Lab是一家位於加利福尼亞的航空航天公司,致力於將小型衛星送入低地球軌道。
最近,該公司推出了新的兩階段運載火箭Electron。 火箭本身由碳複合材料製成,以盡可能減輕重量, 最大有效載荷為225公斤。
Rocket Lab更有趣的方麵之一是使用特殊的3D打印盧瑟福引擎。
什麽是盧瑟福引擎?
以歐內斯特·盧瑟福(Ernest Rutherford)的名字命名的盧瑟福發動機是一種使用氧氣和煤油作為推進劑的小型火箭發動機。 將易於生產的簡單設計與專業的電子束熔化(EBM)3D打印機相結合,可實現高效的成本削減設置.
 


Rocket Lab的3D打印盧瑟福引擎(來源:SpaceFlight Insider)


到目前為止,Rocket Lab已經打印了100多個這樣的發動機,它們已經成功完成了各種測試程序。 生產過程本身令人印象深刻(這是Rocket Lab所獨有的),每個火箭隻需24小時。
話雖如此,可以說火箭實驗室正在努力實現釋放太空潛力的願景。


3D打印先進火箭——Launcher:高效引擎
 


測試Engine-1(來源:Launcher)

Launcher是一家位於布魯克林的新興公司,致力於開發世界上最高效的“小型火箭”,以將小型衛星送入軌道。 他們的解決方案是Rocket-1,這是一枚20米長的火箭,配備了一組5台Engine-2推進器,火箭的最大有效載荷能力為773千克。
為了為衛星發射提供有競爭力的價格,火箭和發動機的生產成本必須盡可能低。 通過與EOS和AMCM合作,Launcher在其工作流程中實施了3D打印。

Engine-2
Engine-2具有世界上最大的一體式3D打印燃燒室,該燃燒室由粉末3D打印機上的銅合金一體成型。 一次打印所有零件使生產變得容易,因為不需要接縫。 這也使他們能夠開發出效率高達98%的推進器,這是一項了不起的成就。
該發動機使用煤油和液態氧作為推進劑,它有望提供22,000磅力(約97,860牛頓)的強勁推力。

3D打印先進火箭——Skyrora:塑料廢物到推進劑
 


3D打印機對於開發和生產都是至關重要的(來源:Instagram的Skyrora)


Skyrora是一家位於愛丁堡的公司,專注於衛星發射。我們在文章中有幾家類似的公司,但是Skyrora憑借其創新的燃料添加方法引起了我們的注意。
Skyrora設法找到了一種方法,可以從塑料廢料中開發燃料,尤其是煤油。他們稱其為“二十碳烯”,燃燒時產生的氣體排放量減少約45%。
Skyrora從塑料廢料中提取燃料的過程引起了航天工業的廣泛關注。而且它變得更好,因為據稱該工藝能夠在創紀錄的24小時內從1,000公斤的塑料廢料中生產600公斤的煤油。
Skyrora開發了這種燃料來為其3.5 kN 3D打印引擎係統Leo提供動力,該係統有望在長度為22米的Skyrora XL火箭中找到自己的用途。 3D打印引擎係統還可以用於在火箭到達軌道後對其進行機動,因為它具有可以重新啟動的創新功能。

成功案例 success case